纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,计算了纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO(x=0,00625,0125,025)的电子结构及吸收光谱. 计算结果表明,Mg的掺入使ZnO的电子结构发生了较大的改变,与Mg邻近的O原子得到电子的数目明显增大,进而O原子返回部分电子给邻近Zn原子. Zn-O间相互作用减弱,禁带宽度变大,这也从同一合金中Zn4s上移的程度得到证实. 其吸收光谱也随着Mg的掺入出现蓝移现象,其吸收边对应波长分别为379, 关键词： 第一性原理计算 电子结构 吸收光谱 纤锌矿结构ZnO     

纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,计算了纤锌矿结构Zn1-xMgxO(x=0,0.0625,0.125,0.25)的电子结构及吸收光谱. 计算结果表明,Mg的掺入使ZnO的电子结构发生了较大的改变,与Mg邻近的O原子得到电子的数目明显增大,进而O原子返回部分电子给邻近Zn原子. Zn-O间相互作用减弱,禁带宽度变大,这也从同一合金中Zn4s上移的程度得到证实. 其吸收光谱也随着Mg的掺入出现蓝移现象,其吸收边对应波长分别为379,366,357和333nm,与实验结果相一致.     

Ga掺杂ZnO电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了纤锌矿ZnO掺杂Ga前后的电子结构和光学性质.计算结果表明,ZnO中引入杂质Ga后,导带底主要由Ga4s态和Zn4s态构成,并且Ga4s态跨过费米能级,形成n型半导体.计算得到电子浓度为2.42×10~(21)cm~(-3),掺Ga有效提高了ZnO的载流子浓度.同时ZnO掺Ga后,ZnO的光学带隙从3.47 eV展宽为4.25 eV,并且在可见光区几乎无吸收,是理想的透明导电材料.     

空位浓度对纤锌矿BN电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文采用了第一性原理研究了空位缺陷纤锌矿BN的电子结构和光学性质.通过对能带结构、态密度分析发现：缺陷体系由于B、N的缺失,费米能级附近出现杂质能级.相较于本征体系,随着空位浓度增加,杂质能级变多,跃迁能量减小. N空位缺陷的纤锌矿BN态密度总体向低能区移动,且能级相较于B空位缺陷的纤锌矿BN明显增多.从复介电函数和光学吸收谱分析中发现,随着空位浓度的增加,缺陷体系纤锌矿BN在可见光区域的吸收逐渐增强.尤其是B₂₂N₂₄在可见光区域出现的吸收效果更好.     

Al和N共掺p型Zn1-xMgxO电子结构的第一性原理计算

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,对Zn_1-xMg_xO超晶胞和掺杂Al,N后的Zn_1-xMg_xO超晶胞分别进行了优化计算.结合广义梯度近似计算了Al和N共掺杂后Zn_1-xMg_xO的能带结构、电子态密度和Mulliken电荷布居分布.计算表明：掺入N原子的2p态电子为Zn_1-xMg_xO价带顶提供空穴载流子,使Zn_1-xMg_xO价带顶向高能方向移动;掺入Al原子的3p态电子则与N原子的2p态电子在费米能级附近发生轨道杂化,使费米能级处价带能级展宽,Al和N共掺杂可获得p型Zn_1-xMg_xO. 关键词： 密度泛函理论 1-xMg_xO')" href="#">Zn_1-xMg_xO 电子结构 共掺杂     

Zn1-xMgxO电子结构及光学性质的第一性原理GGA+U方法研究

Mg掺杂ZnO形成的固溶体Zn_1-xMg_xO（ZMO）（0 ≤ x ≤ 0.25）是一种带隙较宽、电子学性质可调控的半导体材料,在薄膜太阳电池及光电设备的透明电极等方面具有重要的应用价值。基于密度泛函理论下的第一性原理超软赝势方法,采用GGA+U计算了ZMO的电子结构和光学性质。计算结果表明,随着x值的增加,ZMO的禁带宽度由x=0时的3.32 eV增加到x=0.25时的3.78 eV;光吸收边及反射谱和能量损失谱均发生明显蓝移,峰值存在于紫外光区。计算结果与实验结论相符合。     

纤锌矿BexZn1-xO合金能隙弯曲系数的第一原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 对纤锌矿Be_xZn_1-xO合金进行能隙特性、弯曲系数和结构参数的计算. 结果表明: Be_xZn_1-xO合金的能隙和弯曲系数都随Be掺杂组分的增大而增大. 通过修正Be_xZn_1-xO合金的能隙值得知其合金弯曲系数b为6.02 eV, 这与实验值接近. 纤锌矿Be_xZn_1-xO合金的能隙弯曲系数过大主要来源于体积形变和电荷转移的贡献. 文中还分析了Be_xZn_1-xO合金的晶格常数、 平均键长和平均次近邻原子距离与Be组分的关系.     

纤锌矿CdxZn1-xO电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波超软赝势方法,计算了纤锌矿ZnO及不同量Cd掺杂ZnO的电子结构.计算结果表明,Cd的掺杂导致ZnO晶体的禁带宽度变窄.主要原因在于Cd的掺入导致Zn4s轨道中能级越来越低的电子参与作用,使得决定导带底的反键Zn 4s态能级逐渐降低,同时由pd反键轨道控制的价带顶能级逐渐升高. 关键词： 密度泛函理论 超软赝势方法 Cd掺杂ZnO     

Fe:Mg:LiNbO3晶体电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理, 研究了LiNbO₃晶体以及不同Mg浓度的Fe:Mg:LiNbO₃晶体的电子结构和吸收光谱. 研究结果显示: 掺铁铌酸锂晶体的杂质能级由Fe 的3d轨道和O的2p轨道贡献, 禁带宽度为2.845 eV; 对于Mg, Fe共掺样品, Mg的浓度小于或等于阈值时, 禁带宽度分别为2.901 和2.805 eV; 掺铁铌酸锂晶体的吸收谱在2.3和2.6 eV处分别存在一个吸收峰, 其强度因Mg的浓度不同而发生变化. 研究结果还表明, 不同浓度的Mg对晶体内Fe²⁺和Fe³⁺的浓度以及占位产生了不同的影响. 还提出了光电子的形成不应单独考虑铁的轨道电子态, 而应同时考虑与铁成键的氧的轨道电子态的观点.     

Al高掺杂浓度对ZnO禁带和吸收光谱影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 建立了未掺杂与不同浓度的Al原子取代Zn原子的两种Zn_1-xAl_xO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布和能带分布的计算. 结果表明: ZnO高掺杂Al的条件下, 掺杂的Al原子浓度越大,间隙带越窄, 蓝移越弱. 计算结果和实验结果相一致.     

Zn$lt;sub$gt;1-$lt;i$gt;x$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;Mg$lt;sub$gt;$lt;i$gt;x$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;O薄膜的光致发光特性研究

采用脉冲激光沉积方法在单晶Si（100）衬底上制备出c轴取向的Zn_1-xMg_xO单晶薄膜,通过荧光光谱仪研究了薄膜的光致发光特性.实验结果表明,Mg含量增加,Zn_1-xMg_xO单晶薄膜的紫外发光峰蓝移,发光峰强度减弱,缺陷发光强度增强.同时发现,由于Mg的掺杂,引入了一些束缚能较大的局域束缚态.对于氧气氛下制备的样品,实验发现紫外峰和绿光带发光峰同时增强,但是R值减小,紫外峰红移.对绿光发光机理研究发现,绿光发光带主要与锌空位、氧间隙（O_i）或锌位氧（O_Zn）等缺陷有关,它是由多个缺陷发光峰组成,各缺陷发光峰强度相对变化导致了绿光发光带的整体移动. 关键词： 1-xMg_xO薄膜')" href="#">Zn_1-xMg_xO薄膜 光致发光 脉冲激光沉积     

制备工艺对Zn1-xMgxO薄膜结构及光学性能的影响

采用脉冲激光沉积（PLD）方法在单晶Si（100）衬底上沿c轴方向生长单晶Zn_1-xMg_xO薄膜,通过X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）和荧光光谱（PL）研究了膜厚、Mg含量、退火温度及氧气氛等制备工艺对Zn_1-xMg_xO薄膜的结构、形貌和光学性质的影响.实验结果表明,Mg含量x≤0.15时, Zn_{关键词： 1-x}Mg_xO薄膜')" href="#">Zn_1-xMg_xO薄膜 制备工艺 结构 光学性质     

镁含量和热处理对Zn1-xMgxO薄膜结构和发光性能的影响

采用溶胶-凝胶工艺在玻璃衬底上制备了Zn_1-xMg_xO(x=0.1,0.2,0.3, 0.4,0.5,0.6,0.7)薄膜.X射线衍射谱(XRD)测试结果发现,在 0.1<x<0.3 范围内,薄膜仍然保持氧化锌六角纤锌矿结构,(002)面衍射峰位向大角度方向移动,超过0.3时出现氧化镁立方相.对镁含量为0.1,0.2,0.3薄膜的光致发光谱研究表明：紫外发光峰随镁含量的增加向短波方向移动.对于Zn_0.9Mg_0.1O薄膜,在5,5.5和6℃/min的升温速率下,升温速率越快结晶程度越好.在相同升温速率下,随着退火温度从500 ℃升高到560 ℃,样品的结晶程度变好,当退火温度达到590 ℃时,结晶质量下降. 关键词： 氧化锌 结构 禁带宽度 光致发光谱     

First-principles calculation of electronic structure of MgxZn1-xO codoped with aluminium and nitrogen

Aiming at developing p-type semiconductors and modulating the band gap for photoelectronic devices and band engineering, we present the ab initio numerical simulation of the effect of codoping ZnO with Al, N and Mg on the crystal lattice and electronic structure. The simulations are based on the Perdew--Burke--Ernzerhof generalised-gradient approximation in density functional theory. Results indicate that electrons close to the Fermi level transfer effectively when Al, Mg, and N replace Zn and O atoms, and the theoretical results were consistent with the experiments. The addition of Mg leads to the variation of crystal lattice, expanse of energy band, and change of band gap. These unusual properties are explained in terms of the computed electronic structure, and the results show promise for the development of next-generation photoconducting devices in optoelectronic information science and technology.     

First-principles study of electronic and optical properties in wurtzite Zn1-xCuxO

We perform a first-principles simulation to study the electronic and optical properties of wurtzite Zn1 xCuxO.The simulations are based upon the Perdew-Burke-Ernzerhof form of generalised gradient approximation within the density functional theory.Calculations are carried out in different concentrations.With increasing Cu concentration,the band gap of Zn1 xCuxO decreases due to the shift of valence band.The imaginary part of the dielectric function indicates that the optical transition between O 2p states in the highest valence band and Zn 4s states in the lowest conduction band shifts to the low energy range as the Cu concentration increases.Besides,it is shown that the insertion of Cu atom leads to redshift of the optical absorption edge.Meanwhile,the optical constants of pure ZnO and Zn0.75Cu0.25O,such as loss function,refractive index and reflectivity,are discussed.